1 高速電主軸試驗臺

電主軸溫度測量實驗系統(tǒng)，由高速電主軸實驗臺、變頻控制系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、溫度測量系統(tǒng)及轉速測量系統(tǒng)組成。高速電主軸試驗臺采用寧波達進鑫茂 GX0728-85B 型號作為實驗對象，內部采用高速角接觸球軸承 B7002C，潤滑方式為脂潤滑，軸承預緊方式采用碟簧定壓預緊，初始預緊力為 248N，改變碟簧數(shù)量即可改變預緊力大小。電主軸以水為冷卻介質進行冷卻。變頻控制系統(tǒng)采用無錫中遠 MF30-25G，開環(huán)控制。為了實時獲取電主軸轉速，采用激光轉速儀實時測量。溫度測量系統(tǒng)采用 Omega 熱電偶及 NI的 4353 溫度采集模塊對電主軸軸承外圈、端蓋及電機定子進行測量，溫度分辨率 0． 1°C 。高速電主軸溫度測量實驗系統(tǒng)如圖 4 所示。

2 轉速對溫升的影響

在室溫為23°C，軸承預緊力為248N，冷卻水進口溫度為23°C，冷卻流量1L / min的使用條件下，對不同電 主 軸工作轉速(10000，20000，30000，40000，50000，60000rpm) 條件下，進行理論計算并同時測量電主軸前后軸承外圈、前軸承端蓋、電機定子溫度如圖5所示。

前后軸承外圈、前軸承端蓋及電機定子溫升理論計算結果與實驗結果基本一致，誤差較小，電主軸熱特性模型較好地模擬了電主軸轉速-溫升影響規(guī)律。從不同轉速下的溫升趨勢來看，隨著轉速升高，電機及軸承穩(wěn)態(tài)溫升均增加，并且由于熱源影響，電主軸端蓋溫升也比較明顯; 隨著轉速升高，溫升速率也不斷加大，說明電主軸電機及軸承發(fā)熱率隨轉速升高而增大。從冷卻效果來看，后軸承及電機比前軸承及端蓋冷卻效果好，因為強制水冷卻流道經(jīng)過定子及后軸承殼體，散熱較強，而前軸承及端蓋基本靠空氣對流散熱，散熱較差。因此，結合不同工況下的需求，應選用合理轉速，以減少發(fā)熱量進而減小對電主軸的熱影響。

 3 預緊力對溫升的影響

在室溫為 23°C，轉速為30000rpm和60000rpm，冷卻水初始溫為 23°C ，冷卻流量 1L / min，對不同電主軸預緊力(5，85，147，248，417，525N) 條件下，進行理論計算并采用熱電偶同時測量電主軸前后軸承外圈溫度如圖6所示。

預緊力對前后軸承溫升影響理論計算結果與實驗結果除在較低預緊力條件外基本一致，理論模型較好地模擬了軸承預緊力-溫升規(guī)律。從前后軸承溫升曲線來看，隨著軸承預緊力增大，電主軸軸承溫升也逐漸升高，因為預緊力的增大導致球與內外滾道接觸應力變大，摩擦阻力也變大，進而導致發(fā)熱量增加。對于較低預緊力條件下，實驗與理論結果相差較大，原因可能是本文采用的軸承擬靜力學模型并未考慮到高速球軸承在高速和低預緊力條件下，球與內外滾道的滑移運動的影響，誤差來源可能是在高速和低預緊力條件下滑移運動嚴重進而導致實際軸承發(fā)熱量比理論預測高。

4 冷卻水流量對溫升的影響

在室溫為 23°C ，轉速為 60000rpm，冷卻水初始溫度為 23°C ，對不同冷卻流量 (1，2，3，4，5L / min) 條件下，進行理論計算并同時測量電主軸前后軸承外圈及電機定子溫度如圖 7 所示。

冷卻水強制冷卻對于前后軸承均有作用，由于冷卻流道布置方式( 見圖 3) ，對于后軸承和電機定子冷卻效果比前軸承好。從冷卻流量來看，隨冷卻流量的增加，電主軸溫升下降，但是只有當冷卻流量較小時，增加冷卻流量對于溫升的降低效果比較明顯，隨著冷卻流量不斷增加，冷卻效果也在減小。因此，可以結合不同工作條件，選取最*冷卻流量以實現(xiàn)經(jīng)濟性和使用性能最*。

 5 冷卻水初始溫度對溫升的影響

在室溫為 23°C ，轉速為 30000rpm 和 60000rpm，冷卻流量分別為 1L / min 的使用條件下，對不同電主軸冷卻水進口溫度( 16°C ～ 32°C ，以 1°C 遞增) 條件下，進行理論計算并采用熱電偶同時測量電主軸前后軸承外圈溫度如圖 8 所示。

冷卻水進口溫度對電主軸溫度影響理論結果與實驗結果基本一致，隨著冷卻水進口溫度升高，電主軸軸承溫度升高，并且二者呈線性比例關系。因此，冷卻水進口溫度對于電主軸溫度影響比較明顯，調節(jié)冷卻水進口溫度對于調節(jié)電主軸整體溫度以使各零部件保持最*基礎工作溫度非常重要。